Файл: Глава 14.doc

ватели электрической энергии постоянного и переменного тока. В зависимости от назначения и технических требований, предъявляемых к электроприводу, различают два типа построения систем регулирования:

• разомкнутые системы регулирования;

• замкнутые системы регулирования.

Разомкнутой системой регулирования электропривода называется система, в которой отсутствует обратная связь по выходной регулируемой координате. Функциональная схема разомкнутой системы электропривода приведена на рис.14.1. В такой системе фактическое значение регулируемой координатыY существенно зависит от возмущений f, действующих на узлы системы и рабочий орган, так как сигнал управления U=Х_з не зависит от отклонения регулируемой координаты от заданного значения.

Рис.14.1. Функциональная схема разомкнутой системы управления электроприводом

Замкнутой системой регулируемого электропривода называется система, в которой имеется обратная связь по выходной координате. Функциональная схема такой системы приведена на рис.14.2. На рис.14.1, 14.2, 14.3 приняты следующие обозначения: П – управляемый преобразователь, М – двигатель, Ред – редуктор, РО – рабочий орган, Рег – регулятор, ИПУ – информационно-преобразовательное устройство, f_Мс – возмущения по моменту сопротивления на валу двигателя, f_Uc – возмущение по напряжению питающей сети, f_Uв – возмущения по цепи возбуждения, f_T –возмущение по температуре.

В замкнутой системе регулирования сигнал управления U формируется из сигнала задания Х_з и сигнала обратной связи Z, несущего информацию о фактическом значении регулируемого параметра У, которое зависит от возмущений, действующих на узлы системы и рабочий орган электропривода. В результате введения обратной связи ошибка регулирования уменьшается до допустимого значения. Сигнал управления U системы электропривода с обратной связью представляет собой отклонение (ошибку) регулирования относительно сигнала задания Х_з. При этом ни одно из возмущений не измеряется, а их влияние на регулируемый параметр воспринимается системой по каналу обратной связи. Следовательно, в системах с отрицательной обратной связью по выходному параметру реализуется управление по отклонению.

14.2. Обратные связи и их назначение

Обратная связь представляет собой канал передачи и преобразования информации с выхода системы регулирования или ее узлов на вход с целью формирования результирующего сигнала управления.

Уравнение сигнала управления U=Х_з±Z. В зависимости от знака сигнала Z обратная связь бывает положительной или отрицательной. Если сигнал обратной связи Z суммируется с сигналом задания Х_з, то обратная связь называется положительной. Если сигнал обратной связи Z вычитается из сигнала Х_з, то обратная связь называется отрицательной. По характеру действия обратные связи подразделяются на жесткие, гибкие и нелинейные обратные связи с зоной нечувствительности, которые иначе называются связями с отсечкой. Назначение и принцип действия наиболее часто применяемой в технике электропривода жесткой отрицательной обратной связи по скорости рассмотрено в гл.5.

Если обратная связь действует только во время переходных процессов, то такая обратная связь называется гибкой. Если обратная связь начинает действовать только с определенного уровня регулируемого параметра У, то такая обратная вязь называется задержанной или обратной связью с отсечкой. Жесткие обратные связи и обратные связи с отсечкой используются, в первую очередь, для формирования статических характеристик электропривода. Кроме того, жесткие и особенно гибкие обратные связи применяются для обеспечения устойчивости системы регулирования и получения желаемых динамических показателей, характеризующих протекание переходных процессов при воздействии на систему сигналов задания Х_з и возмущения f.

14.3. Классификация замкнутых систем регулирования

Замкнутые системы электропривода классифицируются по следующим признакам: по принципу действия, по выходной регулируемой координате или по выполняемым функциям.

Классификация по принципу действия

По принципу действия системы регулирования автоматизированные электроприводы классифицируются следующим образом.

1. Системы электропривода с непрерывным управлением.

2. Системы электропривода с релейным управлением.

3. Системы электропривода с импульсным управлением.

4. Системы электропривода с цифровым (например, микропроцессорным) управлением.

Системы электропривода с непрерывным управлением. Это такие системы, в которых каждый из переменных параметров (координат) непрерывно изменяется во времени или остается постоянным. Функциональная схема такой системы соответствует рис.14.2.

Системы электропривода с релейным управлением – системы, у которых в прямом канале регулирования на входе электродвигателя имеется силовой релейный элемент с двумя устойчивыми состояниями:

U_вых=+U_п, если U_вх>0,

U_вых=0(или-U_п), если U_вх<0,

где: U_п – напряжение питания электродвигателя.

Его регулировочная характеристика приведена на рис.14.3.

Функциональная схема замкнутой системы электропривода с релейным управлением приведена на рис.14.4.

Рис.14.3. Регулировочная характеристика идеального реле

а – однополярное

б – двуполярное реле

Системы электропривода с импульсным управлением – системы, в составе которых в прямой цепи регулирования имеется импульсный элемент, преобразующий непрерывный сигнал в непрерывную последовательность импульсов с определенными характеристиками. Наиболее распространены два типа импульсных преобразователей:

- амплитудно-импульсный модулятор (АИМ), формирующий последовательность импульсов с переменной амплитудой и с постоянными периодом и длительностью;

- широтно-импульсный модулятор (ШИМ), который формирует последовательность импульсов с переменной длительностью и с постоянными периодом и амплитудой.

Цифровые системы регулирования – это такие системы, в которых переменные преобразуются в цифровой код. Цифровые системы в настоящее время создаются на базе микропроцессоров, реализующих в цифровой форме функции регулятора Р и информационно-преобразовательного устройства (ИПУ).

Классификация по выходным регулируемым координатам

По типу выходной регулируемой координаты замкнутые системы электропривода подразделяются на следующие группы.

Системы регулирования момента (усилия). К этому классу относятся, например, электроприводы систем натяжения металла в листопрокатном производстве в металлургии или системы натяжения пленки в химико-технологическом производстве тонких пленок. Закон регулирования момента (усилия) рабочего органа определяется технологическим процессом.

Системы регулирования скорости. Они используются в электроприводах многих технологических машин: металлообрабатывающих станках, прокатных станах и многих других. Системы регулирования скорости делятся на две большие группы.

Системы стабилизации скорости, у которых скорость поддерживается постоянной, несмотря на воздействие возмущений. К таким системам относятся, например электроприводы бумагоделательных машин.

Системы управления скоростью, у которых скорость рабочего органа регулируется с высокой точностью в широких пределах в соответствии с требуемым характером протекания технологического процесса. Это, например, электроприводы экскаваторов, подъемно-транспортных машин и другие.

Системы регулирования положения рабочего органа. Эти системы используются в электроприводах нажимных винтов прокатных станов, в роботах и манипуляторах и многих других промышленных установках. В этих системах положение рабочего органа регулируется с заданной точностью в соответствии с требованиями технологического процесса. Существует два типа замкнутых систем электропривода регулирования положения – системы позиционирования и следящие системы.

Системы позиционирования – это такие системы, в которых задается исходное и конечное положение рабочего органа, а траектория перемещения не контролируется.

Следящие системы электропривода – это системы регулирования положения, в которых задается и непрерывно контролируется вся траектория движения рабочего органа. Рабочий орган должен повторять заданную траекторию с требуемой точностью.

Классификация по выполняемым функциям строится в соответствии с характером и особенностями технологического процесса. При этом все замкнутые системы электропривода делятся на следующие группы:

1. Системы стабилизации регулируемой координаты (момента, скорости и т.п.) в установившемся и переходных режимах. Основная особенность таких систем – это постоянство сигнала задания регулируемой координаты в течение продолжительного времени. Фактическое значение регулируемой координаты остается постоянным, несмотря на воздействие возмущений.

2. Следящие системы электропривода – это такие замкнутые системы регулирования положения, у которых сигнал задания изменяется по произвольному, заранее неизвестному закону. Следящие системы применяются в электроприводах копировально-фрезерных станков, в системах наведения радиолокационных станций, которые работают в режиме слежения за летящими и при этом маневрирующими объектами.

3. Системы с программным управлением – это такие системы, в которых при выполнении технологического процесса сигнал задания и регулируемая координата изменяются по заданному закону, заложенному в программное устройство. Системы электропривода с числовым программным управлением находят применение в приводах подач металлорежущих станков.

4. Адаптивные системы – это такие замкнутые системы регулирования, в которых автоматически выбираются целесообразные режимы работы электроприводов в зависимости от конкретной технологической ситуации и условий работы промышленного объекта.